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| 半導體和軟件引領可持續(xù)發(fā)展之道 |
| 發(fā)布時間：2023-03-13 | 瀏覽次數(shù)：0 |
我們經(jīng)常聽到關于可持續(xù)發(fā)展的討論，但它到底是什么？
可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)
在《牛津英語詞典》中，可持續(xù)發(fā)展的最新定義是“環(huán)境上可持續(xù)的特性；在避免自然資源長期耗盡的同時，可以維持或繼續(xù)運行某種過程或某家企業(yè)的程度?！边@是一個復雜的概念，有三個方面值得談論。
首先是影響。用最簡單的話來說，可持續(xù)發(fā)展關乎我們的子孫后代，關乎我們將給他們留下一個怎樣的世界1。我們經(jīng)常談論環(huán)境，好像它是一種獨立的事物，但環(huán)境重要的原因在于我們?nèi)茧x不開它。很難想象有比這更重要的影響。作為工程師，讓世界變得更加美好不正是我們研發(fā)技術的意義所在嗎？這聽起來或許有些幼稚，但結(jié)合以下兩個方面考慮的話則不然。
其次是范圍。當然，范圍是全球性的。我們可以改善本地環(huán)境，但要真正使世界變得更加美好，我們必須從全球角度去思考和行動。這意味著我們可以超越國家邊界和政治的方式發(fā)展我們的技術，但仍在我們社會的價值結(jié)構(gòu)內(nèi)運作。作為工程師，我們希望我們的技術在全球范圍內(nèi)使用，這意味著我們要了解業(yè)務，而不僅僅是技術。
最后是平衡。可持續(xù)發(fā)展意味著在環(huán)境、社會公平和經(jīng)濟之間達成平衡1。我們生活在一個技術創(chuàng)造價值的世界中，但前提是人們可以使用技術。經(jīng)濟上的現(xiàn)實是，消費者購買模式正在發(fā)生變化。實際上，任何被視為“綠色”的產(chǎn)品相比于同等的“非綠色”產(chǎn)品可能都有一個溢價。食品就是一個例子，諸如Whole Foods這樣的公司正是從綠色食品的溢價中獲利。但不止于此，可持續(xù)性可以增加我們的技術所創(chuàng)造的價值，汽車、半導體和軟件是下一個重要領域。
半導體和軟件比以往任何時候都重要
半導體在我們生活中的作用已然眾所周知。新冠大流行使世界的許多行業(yè)受到重創(chuàng)。現(xiàn)在，隨著世界日漸走出大流行，我們看到消費者需求急劇增長——從消費電子到汽車等都是如此。供應緊張，成本上升，市場動蕩。半導體行業(yè)迎來重大反彈，年同比增長26%，年收入現(xiàn)已超過6000億美元2，相當于地球上每個人每年近100美元。
全球半導體市場規(guī)模：從1990年到2022年（單位為十億美元）
如此顯著的增長是否意味著下跌即將來臨？目前還不清楚。但是，半導體市場歷經(jīng)多個經(jīng)濟周期，一直表現(xiàn)出很強的韌性。實際上，在過去的三十年中，半導體市場增長的平均復合年增長率超過8.5%。之所以有這種韌性，是因為半導體對電氣化、經(jīng)驗、自動化、通信等領域的大趨勢提供了日益強大且深刻的支持。
半導體行業(yè)很大，而芯片創(chuàng)造的價值則更大，估計達到數(shù)十萬億美元3，其原因在于芯片的工作方式。半導體芯片測量我們周圍的世界，處理信號，驅(qū)動云計算，并使軟件能夠在計算機、手機、汽車、工廠等環(huán)境中運行。簡言之，沒有芯片，我們現(xiàn)在所依賴的大部分技術將不復存在。在芯片上運行的軟件以及綠色溢價所帶來的額外價值，大大加強了技術的影響力。
ADI技術的影響
當我們努力對可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生積極影響時，我們首先需要了解如何衡量它。影響不僅僅是我們使用自己的技術去做什么，而且包括客戶如何使用ADI技術來影響環(huán)境。溫室氣體(GHG)排放是衡量影響的一種方法。實際上，運輸、建筑物/制造業(yè)和電力占全球溫室氣體總排放的74%4。
我們開發(fā)了一個模型來測算使用ADI技術的客戶能夠減少多少排放，如上圖所示。使用ADI技術的客戶到2025年有望每年減少2.5億噸的溫室氣體排放，到2030年有望減少近6億噸的溫室氣體排放。6億噸是什么概念呢？據(jù)估計，為了實現(xiàn)溫室氣體排放的“凈零”平衡，世界每年需要減排510億噸4。當然，還有其他類型的ADI技術也能產(chǎn)生影響，日后可以把這些技術添加進來。但首先，我們來深入研究電氣化。
? 半導體和電氣化的增長
電氣化是一個寬泛的概念，不僅包括所有類型的電動汽車(EV)，而且包括任何有插頭的東西。它還涵蓋了所有帶插頭的東西所連接的電網(wǎng)。從經(jīng)濟角度看，汽車行業(yè)正迅速成為對電網(wǎng)影響最顯著的因素之一。實際上，汽車行業(yè)正處于其歷史上最重要的變革階段。截至今天，所有主要OEM都宣布要將投資從汽油發(fā)動機車輛轉(zhuǎn)向電動車輛。對于半導體和軟件公司來說，這是個好消息。
 
電動汽車的半導體含量是內(nèi)燃機（汽油驅(qū)動）汽車的3倍。 在接下來的5年，預計電動汽車將增長近8倍。
當今汽車平均包含價值450美元的半導體部件。然而，電動汽車平均包含的半導體價值是上述價值的大約3倍5。當前，公路6上的電動汽車有1600萬輛，在接下來的5年，預計這一數(shù)字將增長到1.25億以上。這意味著，您可以預期，在未來5到10年，所有汽車半導體中的一半將用在電動汽車上。
而且，不僅是汽車中的硬件內(nèi)容在增長，軟件內(nèi)容同樣在大幅增長。到2030年，預計軟件將成為汽車行業(yè)******的收入來源，甚至大于汽車銷售7。這種結(jié)構(gòu)性變化為ADI等公司創(chuàng)造半導體附加值提供了巨大機會。實際上，ADI現(xiàn)在已經(jīng)在獲取這種價值。例如，ADI最近推出的無線BMS技術建立在從頭開發(fā)的完整ADI平臺上，不僅包括硬件，而且包括全新的無線協(xié)議棧8。該系統(tǒng)支持無線更新，并實現(xiàn)了行業(yè)最高的安全評級。
從技術角度看，電池是電動汽車的賦能系統(tǒng)。電動汽車電池必須連接到電網(wǎng)才能充電，它們也可以用作儲能元件，以將能量放回電網(wǎng)中。消費者、收費公司和OEM如何償付這種能源的業(yè)務模式正在持續(xù)發(fā)展，您會看到生態(tài)系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)生變化。
ADI為充電電纜的兩端提供技術。在車輛方面，ADI是市場領先的半導體和軟件供應商，其電池管理系統(tǒng)(BMS)負責電池、車輛推進系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的電能傳輸。
電動汽車的興起對電網(wǎng)的管理方式有重大影響。首先考慮電氣負載。1.25億輛電動汽車的******負載約為10TWh。這與世界總發(fā)電量的預期增長（從25,000到28,000TWh）9相比很小，但當電動汽車在基礎設施內(nèi)部移動時，其負載在時間上和空間上都有獨特的動態(tài)性。因此，不僅要求能夠處理總負載，還必須進行實時管理，從而向電網(wǎng)上的所有電氣設備無縫且零中斷地輸送電力。
在充電電纜的電網(wǎng)端，ADI提供精密測量、控制和實時信號處理技術。實際上，ADI技術已被用于世界上復雜度非常高的二次變電站，為電網(wǎng)邊緣增加智能，以確?？煽康碾娏斔秃碗娋W(wǎng)管理10。隨著新的能源和新的負載的加入，電網(wǎng)變得越來越去中心化，噪聲越來越高，我們預期此類設備將成為新的標準。
最后，我們談談清潔能源。盡管化石燃料將繼續(xù)滿足世界能源需求的一部分，但未來的大部分增長將由清潔能源實現(xiàn)。清潔能源使用量的爬升正在全球范圍內(nèi)發(fā)生，這不僅是由氣候協(xié)定推動的，而且是由經(jīng)濟因素推動的。太陽能和風能要比石油便宜，相比于加汽油，電動汽車消費者更喜歡充電帶來的便利和省錢。
然而，清潔能源的特點是間歇式運行，因此必須使用儲能系統(tǒng)進行管理，使其平穩(wěn)地進入電網(wǎng)。盡管儲能市場比電動汽車市場要小得多，但儲能系統(tǒng)的增長速度超過電動汽車生產(chǎn)的速度，并且依賴于針對特定使用場景定制的精密BMS。這項挑戰(zhàn)為ADI開發(fā)的精密和處理技術提供了重要機會。
? 10年后的電網(wǎng)
1. 電動汽車充電樁
? 無處不在的交流和直流充電將使電網(wǎng)承壓
? 新興車輛到電網(wǎng)應用
? 新能源市場將支持需求響應
2. 電網(wǎng)自動化
? 電氣化意味著電網(wǎng)負荷增加
? 需要技術來監(jiān)控和優(yōu)化功率流
? 新興需求響應應用將減輕電網(wǎng)壓力
? 需要快速精確地定位故障
3. 智能儀表
? 產(chǎn)生更多數(shù)據(jù)以監(jiān)控能量流動
? 導致邊緣處理和洞察增多
? 支持更好地識別和定位故障
? 支持更好地利用電網(wǎng)
4. 分布式可再生能源
? 更多可再生能源的部署帶來電能質(zhì)量問題
? 較小慣性導致電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定
? 需要先進的智能逆變器
讓未來加速到來
展望未來，我們看到半導體的減排影響給上游供應鏈帶來壓力，迫使其隨著時間推移而變得更加環(huán)保。實現(xiàn)真正的零碳物料供應對半導體而言十分困難。但是，占先機者將能獲得溢價。當今的消費者愿意為綠色產(chǎn)品支付更多費用，預計半導體也是如此。所以，這個目標值得追求。我們什么時候會看到零碳排放晶圓制造廠？或者零碳排放封裝？
還有其他舉措。例如，ADI基于其在BMS領域中的行業(yè)領先地位，正在制定一項新的重大計劃，旨在實現(xiàn)可持續(xù)的電池。ADI與合作伙伴一道對電池生命周期開展研究，以便檢測異常，監(jiān)控電池健康狀況，并評估電池離開車輛以后的梯次利用價值。這些成果對于行業(yè)、ADI和可持續(xù)發(fā)展途徑而言是激動人心的新發(fā)展。
我們對地球的影響從未像如今這般重要。ADI的影響力使我們能夠保持行業(yè)創(chuàng)新領頭羊的地位。我們正處于讓世界變得更具可持續(xù)發(fā)展能力的起步階段，而半導體驅(qū)動的電氣化是加速實現(xiàn)“凈零”未來的關鍵技術。
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